DE4307606C2 - Power amplifier - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker zum Vermindern nichtlinearer Verzerrung.The invention relates to a power amplifier for reducing nonlinear distortion.
Bei einer einpolig geerdeten oder Eintakt-Gegentaktschaltung (SEPP) zeigt die VBE-IC Charakteristik eine exponentiale Veränderung, so daß dann, wenn diese Schaltungsart als ein Leistungsverstärker oder Endverstärker verwendet wird, eine Verzerrung auftreten kann. Normalerweise wird eine Spannungsverstärkung einer vorhergehenden Stufe für eine negative Rückführung (NFB) verwendet, um eine solche Verzerrung abzubauen, wodurch das Verzerrungsverhältnis verbessert wird.With a single-ended or single-ended push-pull circuit (SEPP), the V BE -I C characteristic shows an exponential change, so that when this type of circuit is used as a power amplifier or power amplifier, distortion can occur. Typically, a previous stage voltage gain for negative feedback (NFB) is used to reduce such distortion, thereby improving the distortion ratio.
Wenn jedoch, wie bei einem Tonfrequenzverstärker, die Lastimpedanz nicht genau bekannt ist, kann das Durchführen einer negativen Rückführung NFB von einem Ausgang zu Schwierigkeiten beim Gewährleisten der Stabilität eines NFB-Schleifensystems führen.However, if, as with an audio amplifier, the load impedance Not exactly known may be performing a negative Return NFB from an exit to difficulties with Ensure the stability of a NFB loop system.
Zum Vorsehen eines Leistungsverstärkers mit einem geringen Verzerrungsverhältnis, oder Klirrfaktors, ohne negative Rückführung von einem Ausgang, ist ein Verstärker notwendig, der die Verzerrung einer vorhergehenden Stufe vermindert. Ein zur Verwendung einer solchen vorhergehenden Stufe geeigneter Verstärker ist beispielsweise in dem JP-GM 61-41293 und der US-A-4,420,725 beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird bei diesem Verstärker ein PNP-Transistor Q1, an dessen Basis ein Eingangssignal anliegt, als ein Emitterfolger betrieben, und das Ausgangssignal des Emitterfolgers wird als ein Eingangssignal für die Basis eines NPN-Transistors Q2 verwendet. Diese Transistoren Q1, Q2, die zueinander entgegengesetzte Leitfähigkeitsarten aufweisen, werden mit Strömen i1 und i2, welche stets ein festes Verhältnis zueinander haben, durch eine aus Transistoren Q3, Q4 und Widerständen R2, R3 gebildete Stromspiegelschaltung versorgt. Ferner ist ein Ermitterwiderstand R1 zwischen dem Emitter von Transistor Q2 und Masse angeschlossen, um einen Schaltungsstrom zu bestimmen. Ein Transistor Q5 ist vorgesehen, der ein Ausgangssignal dieser Schaltung erhält und dessen Basis mit der Basis von Transistor Q3 verbunden ist, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden. Die Stromspiegelschaltung legt am Widerstand R5 einen Ausgangsstrom an, der ein festes Verhältnis zu einem durch den Transistor Q2 fließenden Strom einhält. Ferner ist mit dem Ausgang des Verstärkers ein Ausgangstransistor verbunden, um einen Leistungsverstärker oder Endverstärker, zu bilden. Wenn der Verstärker als ein Tornfrequenzverstärker verwendet wird, wird die Ausgangsstufe im allgemeinen von einer komplementären SEPP gebildet.In order to provide a power amplifier with a low distortion ratio, or distortion factor, without negative feedback from an output, an amplifier is required which reduces the distortion of a previous stage. An amplifier suitable for using such a previous stage is described, for example, in JP-GM 61-41293 and US-A-4,420,725. As shown in Fig. 1, in this amplifier, a PNP transistor Q 1 , at the base of which an input signal is applied, is operated as an emitter follower, and the output signal of the emitter follower is used as an input signal for the base of an NPN transistor Q 2 . These transistors Q 1 , Q 2 , which have opposite conductivity types, are supplied with currents i 1 and i 2 , which always have a fixed relationship to one another, by a current mirror circuit formed from transistors Q 3 , Q 4 and resistors R 2 , R 3 . Furthermore, an emitter resistor R 1 is connected between the emitter of transistor Q 2 and ground to determine a circuit current. A transistor Q 5 is provided, which receives an output signal of this circuit and whose base is connected to the base of transistor Q 3 to form a current mirror circuit. The current mirror circuit applies an output current to the resistor R 5 , which maintains a fixed ratio to a current flowing through the transistor Q 2 . An output transistor is also connected to the output of the amplifier to form a power amplifier or power amplifier. When the amplifier is used as a torn frequency amplifier, the output stage is generally formed by a complementary SEPP.
Um jedoch eine Last mit einem stabilem Strom vom Ausgang der vorhergehenden Stufe zu versorgen, muß an den oben beschriebenen, herkömmlichen Leistungsverstärker eine Ausgangsstufe, wie ein Emitterfolger, angeschlossen werden, so daß sein Ausgangsstrom an die Last abgegeben wird, wobei ein Nachteil darin liegt, daß die Anzahl der den Leistungsverstärker bildenden Elemente zunimmt und der Schaltungsaufbau kompliziert wird. Auch die von den Transistoren in der Ausgangsstufe erzeugte Verzerrung verursacht nach wie vor Probleme.However, to get a load with a stable current from the output of the supplying the previous stage must be carried out at the conventional power amplifier an output stage, such as a Emitter follower, are connected so that its output current is on the load is delivered, with a disadvantage that the Number of elements forming the power amplifier increases and the circuit structure becomes complicated. Even those of the Transistors in the output stage caused distortion still problems.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Leistungsverstärker vorzusehen, der eine gute lineare Verstärkungscharakteristik bei einem relativ einfachen Aufbau aufweist.It is therefore an object of the invention to provide a power amplifier to provide a good linear gain characteristic has a relatively simple structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungsverstärker mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a power amplifier solved with the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsverstärker wird das Ausgangssignal des ersten Transistors, an dessen Basis ein Eingangssignal anliegt, der Basis des zweiten Transistors zugeführt, ein zum Kollektorstrom des zweiten Transistors proportionaler Strom wird durch eine Stromspiegelschaltung an den Emitter des ersten Transistors angelegt, und die Emitterströme des zweiten und des dritten Transistors werden nach Maßgabe eines Emitterspannungspegels des ersten Transistors als ein Ausgangsstrom verwendet.In the power amplifier according to the invention Output signal of the first transistor, at the base of which Input signal is present, the base of the second transistor supplied, one to the collector current of the second transistor proportional current is passed through a current mirror circuit to the Emitter of the first transistor applied, and the emitter currents of the second and third transistor are in accordance with a Emitter voltage level of the first transistor as a Output current used.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is more preferred in the following on hand Embodiments explained with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 einen Schaltplan eines herkömmlichen Leistungsverstärkers und Fig. 1 is a circuit diagram of a conventional power amplifier and
Fig. 2 einen Schaltplan einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 is a circuit diagram of an embodiment of the invention.
Fig. 2 zeigt einen Leistungsverstärker nach der Erfindung. Bei dem Leistungsverstärker stehen erste Transistoren Q1a, Q1b in Emitterfolge-Anordnung in zueinander komplementärer Beziehung, wobei deren Basen mit einem Eingangsanschluß IN verbunden sind. Der Kollektor des PNP-Transistors Q1a ist mit einer Leistungsquelle -B verbunden, und der Emitter ist über einen Emitterwiderstand R1a mit einem Slave-Anschluß S einer Stromspiegelschaltung 1 verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors Q1b ist mit einer Leistungsquelle +B verbunden, und sein Emitter ist über einen Emitterwiderstand R1b mit einem Slave-Anschluß S einer Stromspiegelschaltung 2 verbunden. Der Slave-Anschluß S der Stromspiegelschaltung 1 ist jeweils mit den Basen eines zweiten Transistors Q2a und einen dritten Transistor Q3a verbunden. Der Transistor Q2a ist ein NPN- Transistor zur Ansteuerung, sein Kollektor ist mit einem Master- Anschluß M der Stromspiegelschaltung 1 verbunden, und sein Emitter ist über einen Emitterwiderstand R2a mit einem Ausgangsanschluß OUT verbunden. Der dritte Transistor Q3a ist ein als Ausgangstransistor eingesetzter NPN-Transistor, dessen Kollektor mit der Leistungsquelle +B verbunden ist und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand R3a mit dem Ausgangsanschluß OUT verbunden ist. Fig. 2 shows a power amplifier according to the invention. In the power amplifier, first transistors Q 1a , Q 1b in an emitter sequence arrangement are in a complementary relationship, the bases of which are connected to an input terminal IN. The collector of the PNP transistor Q 1a is connected to a power source -B, and the emitter is connected to a slave terminal S of a current mirror circuit 1 via an emitter resistor R 1a . The collector of NPN transistor Q 1b is connected to a power source + B, and its emitter is connected to a slave terminal S of a current mirror circuit 2 via an emitter resistor R 1b . The slave terminal S of the current mirror circuit 1 is connected to the bases of a second transistor Q 2a and a third transistor Q 3a . The transistor Q 2a is an NPN transistor for driving, its collector is connected to a master terminal M of the current mirror circuit 1 , and its emitter is connected to an output terminal OUT via an emitter resistor R 2a . The third transistor Q 3a is inserted as the output transistor NPN transistor whose collector is connected to the power source + B and the emitter A is connected to the output terminal OUT through an emitter resistor R. 3
Der Slave-Anschluß S der Stromspiegelschaltung 2 ist jeweils mit den Basen eines Steuertransistors Q2b und eines Ausgangstransistors Q3b verbunden. D. h., das Ausgangssignal von Transistor Q1a wird an die Basen der Transistoren Q2a und Q3a angelegt. Die zweiten Transistoren Q2a, Q2b bzw. die dritten Transistoren Q3a, Q3b stehen in zueinander komplementärer Beziehung. Die Transistoren Q2b, Q3b sind zu den Transistoren Q2a, Q3a symmetrisch angeordnet, wobei der Kollektor des PNP-Transistors Q2b mit einem Master-Anschluß M der Stromspiegelschaltung 2 verbunden ist, und der Emitter ist über einen Emitterwiderstand R2b mit einem Ausgangsanschluß OUT verbunden. Der Kollektor des PNP-Transistors Q3b ist mit der Leistungsquelle -B verbunden, und der Emitter ist über einen Emitterwiderstand R3b mit dem Ausgangsanschluß OUT verbunden. Es sei bemerkt, daß, obwohl die ersten und zweiten Transistoren zueinander entgegensetzt leitende Typen sind, ihre Kenngrößen die selben sind.The slave terminal S of the current mirror circuit 2 is connected to the bases of a control transistor Q 2b and an output transistor Q 3b . That is, the output of transistor Q 1a is applied to the bases of transistors Q 2a and Q 3a . The second transistors Q 2a , Q 2b and the third transistors Q 3a , Q 3b are mutually complementary. The transistors Q 2b , Q 3b are arranged symmetrically to the transistors Q 2a , Q 3a , the collector of the PNP transistor Q 2b being connected to a master terminal M of the current mirror circuit 2 , and the emitter being connected via an emitter resistor R 2b connected to an output terminal OUT. The collector of the PNP transistor Q 3b is connected to the power source -B, and the emitter is connected to the output terminal OUT via an emitter resistor R 3b . It should be noted that although the first and second transistors are conductive types opposed to each other, their characteristics are the same.
Die Stromspiegelschaltung 1 wird von Transistoren Q4a, Q5a und Widerständen R4a, R5a gebildet, während die Stromspiegelschaltung 2 von Transistoren Q4b, Q5b und Widerständen R4b und R5b gebildet ist. Eine Vorspannungsschaltung 3 ist zwischen den Master- Anschlüssen M der Stromspiegelschaltungen 1 bzw. 2 angeschlossen. Die Vorspannungsschaltung 3 umfaßt eine bekannte, geregelte Stromschaltung und arbeitet als eine Anlaufschaltung beim Einschalten der Leistung.The current mirror circuit 1 is formed by transistors Q 4a , Q 5a and resistors R 4a , R 5a , while the current mirror circuit 2 is formed by transistors Q 4b , Q 5b and resistors R 4b and R 5b . A bias circuit 3 is connected between the master terminals M of the current mirror circuits 1 and 2 , respectively. The bias circuit 3 comprises a known, regulated current circuit and works as a start-up circuit when the power is switched on.
Der Betrieb des so aufgebauten Leistungsverstärkers ist im folgenden beschrieben.The operation of the power amplifier constructed in this way is described below.
Während einer Periode ohne Signal, in der am Eingangsanschluß IN kein Tonsignal anliegt, fließt ein Strom vom Master-Anschluß M der Stromspiegelschaltung 1 zum Kollektor des Transistors Q2a und der Vorspannungsschaltung 3. Wenn insbesondere angenommen wird, daß ein durch die Vorspannungsschaltung 3 fließender Vorspannungsstrom IB ist und daß ein durch den Kollektor von Transistor Q2a fließender Kollektorstrom IC2 ist, fließt ein Strom IC2 + IB. Dabei sei bemerkt, daß beim Einschalten der Leistungsversorgung der Vorspannungsstrom IB zuerst zum Aktivieren des Schaltungsbetriebes fließt. Der Strom IC2 + IB wird durch den Stromspiegeleffekt der Stromspiegelschaltung 1 mit (1 + m) multipliziert und am Slave- Anschluß S der Stromspiegelschaltung 1 ausgegeben. Der Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung 1 fließt über den Emitterwiderstand R1a in den Emitter von Transistor Q1a. Ein Anschluß-Spannungspegel des Emitterwiderstandes R1a auf der Seite des Slave-Anschlusses S wird an die Basen der Transistoren Q2a, Q3a angelegt, um die jeweiligen Kollektor-Emitter-Ströme zu steuern. Der obengenannte Wert m ist nicht größer als 1, und der in den Basen der Transistoren Q2a und Q3b fließende Gesamtstrom IB2 bzw. IB3 ist m·IC2.During a period without a signal in which there is no audio signal at the input terminal IN, a current flows from the master terminal M of the current mirror circuit 1 to the collector of the transistor Q 2a and the bias circuit 3 . In particular, if it is assumed that a bias current flowing through the bias circuit 3 is I B and that a collector current flowing through the collector of transistor Q 2a is I C2 , a current I C2 + I B flows . It should be noted that when the power supply is switched on, the bias current I B flows first to activate the circuit operation. The current I C2 + I B is multiplied by the current mirror effect of the current mirror circuit 1 by (1 + m) and output at the slave terminal S of the current mirror circuit 1 . The output current of the current mirror circuit 1 flows through the emitter resistor R 1a into the emitter of transistor Q 1a . A terminal voltage level of the emitter resistor R 1a on the slave terminal S side is applied to the bases of the transistors Q 2a , Q 3a to control the respective collector-emitter currents. The above-mentioned value m is not greater than 1, and the total current I B2 or I B3 flowing in the bases of the transistors Q 2a and Q 3b is m · I C2 .
Da die Summe aus der am Widerstand R1a anliegenden Spannung einer Basis-Emitter-Spannung von Transistor Q1a gleich einer Summe aus einer Basis-Emitter-Spannung von Transistor Q2a und einer am Widerstand R2a anliegenden Spannung ist, ist während einer Periode ohne Signal die folgende Gleichung erfüllt:Since the sum of the voltage applied to the resistor R 1a of a base-emitter voltage of transistor Q 1a is equal to the sum of the base-emitter voltage of transistor Q 2a and a voltage applied to the resistor R 2a , is zero during a period Signal fulfills the following equation:
wobei VT einer thermoelektromotorischen Spannung entspricht und VT = kT/q erfüllt ist, wenn k einer Boltzmann-Konstante entspricht. T ist eine Absoluttemperatur, und Q ist eine Elektronenladung. Ferner gilt IC2 ≒ IC2 + IB2, und ISD ist ein Sättigungsstrom der Transistoren Q1a und Q2a.where V T corresponds to a thermoelectromotive voltage and V T = kT / q is fulfilled if k corresponds to a Boltzmann constant. T is an absolute temperature and Q is an electron charge. Furthermore, I C2 ≒ I C2 + I B2 , and I SD is a saturation current of the transistors Q 1a and Q 2a .
In der obigen Gleichung (1) entsprechen die Exponentialfunktions- Bereiche auf beiden Seiten einer Basis-Emitter-Spannung VBE1 von Transistor Q1a auf der linken Seite und einer Basis-Emitter-Span nung VBE2 von Transistor Q2a auf der rechten Seite. Ursprünglich haben diese Spannungen niedrige Werte von etwa 0,6 Volt. Wenn IC2≦λτ (1+m)·IB » ISD1 erfüllt ist, ist ferner die Differenz zwischen diesen klein genug, um vernachlässigt zu werden, so daß Gleichung (1) wie folgt abgewandelt werden kann:In the above equation (1), the exponential function areas on both sides correspond to a base-emitter voltage V BE1 of transistor Q 1a on the left and a base-emitter voltage V BE2 of transistor Q 2a on the right. These voltages originally had low values of around 0.6 volts. Furthermore, if I C2 ≦ λτ (1 + m) · I B »I SD1 is satisfied, the difference between them is small enough to be neglected, so that equation (1) can be modified as follows:
{(1 + m)IB + IC2}R1a ≒ IC2R2a (2){(1 + m) I B + I C2 } R 1a ≒ I C2 R 2a (2)
Der Kollektorstrom IC2 von Transistor Q2a wird daher wie folgt wiedergegeben:The collector current I C2 of transistor Q 2a is therefore reproduced as follows:
IC2 ≒ R1a(1 + m)IB/(R2a - R1a) (3)I C2 ≒ R 1a (1 + m) I B / (R 2a - R 1a ) (3)
Da die Spannungen jeweils zwischen den Basen und dem Ausgangsanschluß OUT gleich sind, genügt die Beziehung zwischen den Transistoren Q2a und Q3a der folgenden Gleichung:Since the voltages between the bases and the output terminal OUT are the same, the relationship between the transistors Q 2a and Q 3a satisfies the following equation:
wobei IE2, IE3 Emitterströmen der Transistoren Q2a bzw. Q3a entsprechen und ISD ein Sättigungsstrom von Transistor Q3a ist. Bei einer Umformung von Gleichung (4) erhält man die folgende Gleichung (5):where I E2 , I E3 correspond to emitter currents of the transistors Q 2a and Q 3a and I SD is a saturation current of transistor Q 3a . Converting equation (4) gives the following equation (5):
Ferner wird angenommen, daß bei den Gleichungen (4) und (5) die Gleichstrom-Verstärkungsverhältnisse hFE der über ihre Emitter geerdeten Transistoren Q2a, Q3a genügend groß sind, und daß IE2 = IC2 und IE3 = IC2 erfüllt ist.It is further assumed that in equations (4) and (5) the direct current amplification ratios h FE of the transistors Q 2a , Q 3a grounded via their emitters are sufficiently large, and that I E2 = I C2 and I E3 = I C2 are satisfied is.
WennIf
IE3 = gIE2 (6)I E3 = gI E2 (6)
bei einem willkürlichen Stromwert zwischen den Emitterströmen IE2 und IE3 erfüllt ist, wird Gleichung (6) in Gleichung (5) eingesetzt, um die folgende Gleichung abzuleiten:if an arbitrary current value between the emitter currents I E2 and I E3 is satisfied, equation (6) is used in equation (5) to derive the following equation:
Eine Bedingung, damit Gleichung (7) unabhängig vom Wert des Emitterstromes IE2 immer erfüllt ist, ist, daß der Exponentialfunktions-Bereich und der Funktionsbereich erster Ordnung immer 0 (Null) sind. Daher gilt beiA condition for equation (7) to always be satisfied regardless of the value of the emitter current I E2 is that the exponential function area and the first order function area are always 0 (zero). Therefore applies to
R2a = gR3a, (8)R 2a = gR 3a , (8)
g = R2a/R3a. (9)g = R 2a / R 3a . (9)
Ferner gilt beiFurthermore applies to
Aus Gleichungen (9) und (10) folgt, daß der Wert von g die folgende Gleichung erfüllen sollte, um einen Strom linear zu verstärken:From equations (9) and (10) it follows that the value of g is the should satisfy the following equation to make a current linear reinforce:
g = ISP/ISD + R2a/R3a (11)g = I SP / I SD + R 2a / R 3a (11)
Da ISD und ISP den Transistoren Q2a und Q3a eigene Werte sind, wenn die Spezifikationen der Transistoren Q2a und Q3a bestimmt sind, wird der Wert von g aus der Gleichung (11) abgeleitet, wodurch das Verhältnis der Widerstände R2a, R3a geklärt ist. Aus diesem Verhältnis werden während einer Periode ohne Signal die Kollektorströme IC2, IC3 ermittelt. Die jeweiligen Stromwerte und die Werte von m und g werden beispielsweise auf die folgende Weise festgelegt. IB = 10 mA, IB2 = 1 mA, IB3 = 10 mA, mIC2 = 11 mA, IC2 = 29 mA, IC3 = 690 mA, m = 11/29, g = (690+10)/(29+1).Since I SD and I SP are the intrinsic values of transistors Q 2a and Q 3a when the specifications of transistors Q 2a and Q 3a are determined, the value of g is derived from equation (11), thereby reducing the ratio of resistors R 2a , R 3a has been clarified. The collector currents I C2 , I C3 are determined from this ratio during a period without a signal. The respective current values and the values of m and g are set in the following manner, for example. I B = 10 mA, I B2 = 1 mA, I B3 = 10 mA, mI C2 = 11 mA, I C2 = 29 mA, I C3 = 690 mA, m = 11/29, g = (690 + 10) / (29 + 1).
Im folgenden ist ein Übertragungsleitwert Gm erläutert, der die Spannungs-Strom-Übersetzungscharakteristik des Leistungsverstärkers darstellt. Zunächst wird angenommen, daß in einem durch die Transistoren Q1a, Q2a und die Stromspiegelschaltung 1 gebildeten Bereich eine einzelne Spannung am Eingangseinschluß IN Vin ist und eine einzelne Spannung am Ausgangsanschluß OUT, das heißt, eine an eine Last RL angelegte Spannung, Vout ist, wobei dann die folgende Gleichung erfüllt ist:A transmission conductance G m , which represents the voltage-current conversion characteristic of the power amplifier, is explained below. First, it is assumed that in a region formed by the transistors Q 1a , Q 2a and the current mirror circuit 1 , there is a single voltage at the input terminal IN Vin and a single voltage at the output terminal OUT, that is, a voltage applied to a load R L , Vout , where the following equation is then fulfilled:
Vin + VBE1 + R1aIC1 - VBE2 - R2aIC2 = Vout (12)Vin + V BE1 + R 1a I C1 - V BE2 - R 2a I C2 = Vout (12)
Bei dieser Gleichung (12) löschen sich VBE1 und VBE2 gegeneinander aus, weil, wie oben beschrieben, VBE1 ≒ VBE2 erfüllt ist. Wenn angenommen wird, daß der Kollektorstrom IC1 von Transistor Q1a gleich dessen Emitterstrom ist, gilt IC1 = (1+m)·IB+I, wobei wechselnde Stromänderungsbereiche der Ströme IC1, IC2 gleich werden, weil (1+m)·IB eine Konstante ist. Angenommen, daß der wechselnde Stromänderungsbereich durch ΔIC wiedergegeben wird, wird die folgende Gleichung von Gleichung (12) abgeleitet:In this equation (12), V BE1 and V BE2 cancel each other out because, as described above, V BE1 ≒ V BE2 is satisfied. If it is assumed that the collector current I C1 of transistor Q 1a is equal to its emitter current, then I C1 = (1 + m) · I B + I, whereby changing current change ranges of the currents I C1 , I C2 become the same because (1+ m) · I B is a constant. Assuming that the changing current change range is represented by ΔI C , the following equation is derived from equation (12):
Vin - Vout = (R2a - R1a) ΔIC (13)Vin - Vout = (R 2a - R 1a ) ΔI C (13)
Der Übertragungsleitwert G, der einen günstigen Grad der Verstärkungscharakteristik eines Leistungsverstärkers darstellt, entspricht einem Verhältnis der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannungen zum wechselnden Stromänderungsbereich, so daß der Übertragungsleitwert Gm1 in diesem Bereich durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:The transfer conductance G, which represents a favorable degree of the gain characteristic of a power amplifier, corresponds to a ratio of the difference between input and output voltages to the changing current change range, so that the transfer conductance G m1 in this range is represented by the following equation:
Gm1 = ΔIC/(Vin-Vout) = 1/(R2a-R21a) (14)G m1 = ΔI C / (Vin-Vout) = 1 / (R 2a -R 21a ) (14)
Anders gesagt, ein nichtlinearer Bereich auf Grund der (VBE-IC)-Charakteristik eines Transistors wird ausgelöscht, und der Übertragungsleitwert wird nur durch einen Emitterwiderstand bestimmt. Zusätzlich zu IC2 wird ferner der dem Strom IC2 proportionale Strom IC3 (g mal so groß) der Last RL über den Transistor Q3a zugeführt, so daß der Übertragungsleitwert Gm1 mit (1+g) multipliziert wird. Da der Leistungsverstärker einen einpolig geerdeten oder Gegentakt-Aufbau aufweist, wird ferner der Übertragungsleitwert Gm1 nochmals verdoppelt, wenn er in Klasse A betrieben wird, wobei der Übertragungsleitwert Gm für die gesamte Schaltung gegeben ist durchIn other words, a nonlinear region due to the (V BE -I C ) characteristic of a transistor is canceled, and the conductance is determined only by an emitter resistor. In addition to I C2 , the current I C3 (g times as large) proportional to the current I C2 is also fed to the load R L via the transistor Q 3a , so that the conductance G m1 is multiplied by (1 + g). Since the power amplifier has a single-pole earthed or push-pull structure, the transmission conductance G m1 is further doubled when it is operated in class A, the transmission conductance G m being given for the entire circuit by
Gm = 2(1 + g)/(R2a - R1a) (15)G m = 2 (1 + g) / (R 2a - R 1a ) (15)
Da dieser Übertragungsleitwert Gm keinen Term aufweist, der eine Nichtlinearität umfaßt, kann die Leistungsverstärkung mit einer linearen Charakteristik durchgeführt werden.Since this transmission conductance G m has no term that includes a non-linearity, the power amplification can be carried out with a linear characteristic.
Daraus folgt, daß ein Spannungsverstärkungsfaktor des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers gegeben ist durchIt follows that a voltage gain factor of power amplifier according to the invention is given by
Av = GmRL/(1 + GmRL) (16)Av = G m R L / (1 + G m R L ) (16)
Da der Übertragungsleitwert Gm groß ist, ist die Spannungsverstärkung Av ungefähr 1. Angenommen, daß das Wechselstrom-Verstärkungsverhältnis der Transistoren Q1a, Q1b, Q2a und Q2b hfa ist, ist andererseits ein Stromverstärkungsfaktor Ai gegeben durchOn the other hand, since the transmission conductance G m is large, the voltage gain Av is about 1. Assuming that the AC gain ratio of the transistors Q 1a , Q 1b , Q 2a and Q 2b is h fa , a current gain factor Ai is given by
Ai = 2(1 + g)hfa (17)Ai = 2 (1 + g) h fa (17)
Dabei sei bemerkt, daß dieser Stromverstärkungsfaktor Ai für einen Betrieb bei Klasse A gilt, und daß er sich bei einem Betrieb in Klasse B um die Hälfte vermindert.It should be noted that this current gain factor Ai for one Operation in class A applies and that it is in operation in Class B reduced by half.
Ferner sind bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Slave- Anschlüsse S der Stromspiegelschaltungen 1 und 2, das heißt, die Emitterausgänge der ersten Transistoren direkt mit den Basen der entsprechenden zweiten und dritten Transistoren verbunden. Diese Verbindung kann alternativ über einen Widerstand zu den Basen der Transistoren gezogen werden. Um ein höheres Ausgangssignal vorzusehen, können auch mehrere dritte Transistoren und Emitterwiderstände parallel angeschlossen werden.Furthermore, in the embodiment described above, the slave connections S of the current mirror circuits 1 and 2 , that is to say the emitter outputs of the first transistors, are connected directly to the bases of the corresponding second and third transistors. This connection can alternatively be drawn to the bases of the transistors via a resistor. To provide a higher output signal, several third transistors and emitter resistors can also be connected in parallel.
Obwohl beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Leistungsverstärker als eine SEPP (Eintakt-Gegentakt)-artige Verstärkerschaltung ausgebildet ist, kann die Erfindung auch in Form einer Einzelverstärkerschaltung ausgebildet sein. Although in the described embodiment of the Power amplifier as a SEPP (single-ended push-pull) -like Amplifier circuit is formed, the invention can also in Form a single amplifier circuit.
Erfindungsgemäß löschen sich also nichtlineare Abschnitte der Transistorkennlinien gegenseitig aus, wodurch ein Leistungsverstärker mit guter Linearität geschaffen wird. Da das verstärkte Ausgangssignal eines an der Basis des ersten Transistors anliegenden Signals von den Emittern der zweiten und dritten Transistoren abgenommen wird, kann mit einem einfacheren Aufbau als bei herkömmlichen Leistungsverstärkern eine Last mit einem stabilen Strom gespeist werden.According to the invention, nonlinear sections of the Transistor characteristics mutually off, whereby a Power amplifier with good linearity is created. Since that amplified output signal one at the base of the first Transmitted signal from the emitters of the second and third transistors can be removed with a simpler Structure than with conventional power amplifiers with a load be fed with a stable current.
Claims (4)
einem ersten Transistor (Q1a, Q1b), der an seiner Basis ein Eingangssignal empfängt,
einem zweiten Transistor (Q2a, Q2b) mit zum ersten Transistor umgekehrter Leitfähigkeitsart, dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist.
einer Stromversorgungsvorrichtung (1, 2) zum Speisen eines zum Kollektorstrom des zweiten Transistors proportionalen Stromes zum Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des ersten Transistors und der Basis des zweiten Transistors,
einem als eine Endverstärkungsstufe angeordneten dritten Transistor (Q3a, Q3b) und
einer Ausgabevorrichtung (Out) zum Ausgeben eines Ausgangsstromes des Leistungsverstärkers,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Emitter des ersten Transistors mit dem Verbindungspunkt über einen ersten Widerstand (R1a, R1b) verbunden ist,
der zweite Transistor einen Emitterstrom durch einen zweiten Widerstand (R2a, R2b) abhängig von einer Spannung am Verbindungspunkt erzeugt,
die Basis des dritten Transistors mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, und der dritte Transistor einen Emitterstrom durch einen dritten Widerstand (R3a, R3b) abhängig von der Spannung am Verbindungspunkt erzeugt, und
die Ausgabevorrichtung die Gesamtheit der durch den zweiten und den dritten Widerstand fließenden Ströme als den Ausgangsstrom ausgibt.1. Power amplifier with
a first transistor (Q 1a , Q 1b ), which receives an input signal at its base,
a second transistor (Q 2a , Q 2b ) with the opposite type of conductivity, the base of which is connected to the emitter of the first transistor.
a power supply device ( 1, 2 ) for feeding a current proportional to the collector current of the second transistor to the connection point between the emitter of the first transistor and the base of the second transistor,
a third transistor (Q 3a , Q 3b ) arranged as a final amplification stage and
an output device (Out) for outputting an output current of the power amplifier,
characterized in that
the emitter of the first transistor is connected to the connection point via a first resistor (R 1a , R 1b ),
the second transistor generates an emitter current through a second resistor (R 2a , R 2b ) depending on a voltage at the connection point,
the base of the third transistor is connected to the connection point, and the third transistor generates an emitter current through a third resistor (R 3a , R 3b ) depending on the voltage at the connection point, and
the output device outputs all of the currents flowing through the second and third resistors as the output current.
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